单片机数字时钟的课题报告.docx

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单片机数字时钟的课题报告

宁波技师学院

课程设计

课题名称数字时钟

专业班级07电气（六）3班

学生姓名王桑桑

学号35

指导教师毛宏光、刘军

宁波技师学院电气技术系

二零零一一年11月

4.4闹钟流程图.........................................................18

5软件程序..................................................................20

6元器件清单................................................................27

1、引言

近年来随着计算机在社会领域的渗透和大规模集成电路的发展，单片机的应用正在不断走向深入，由于它具有功能强，体积小，功耗低，价格便宜，工作可靠，使用方便等特点，因此特别适合于与控制有关的系统，越来越广泛地应用于自动控制，智能化仪器，仪表，数据采集，军工产品以及家用电器等各个领域，单片机往往是作为一个核心部件来使用，在根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，以作完善。

而单片机模块中最常见的是数字钟，数字钟是一种数字电路技术实现时、分、秒计时的装置，与机械式时钟相比具有更高的准确性和直观性，且无机械装置，具有更长的使用寿命，因此得到了广泛的使用。

数字钟已成为人们日常生活中必不可少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。

它还用于自动报时及自动控制的领域。

本次设计中以单片机的发展过程和发展方向为背景，介绍了单片机的输入输出的工作原理和操作方法，中断的工作原理和操作方法，LED连接的方法。

本次做的数字钟是以单片机8051为核心，结合相关的元器件（共阳极LED数码显示器，蜂鸣器等），再配以相应的软件，是它具有星期，时，分，秒显示的功能，并且星期，时，分还可以调整，还具有整点报时和闹铃的功能。

通过此次设计能够更加牢固的掌握单片机的应用技术，增强动手能力、硬件设计能力以及软件设计能力。

2、总体要求

2.1课程设计内容

该课程设计是利用8051单片机内部的定时器/计数器、中断系统和LED显示器等部件，设计一个单片机数字时钟。

设计的数字时钟通过数码管显示。

2.2课程设计要求

1、支持星期、时、分、秒的时钟；

2、支持星期、时、分可调整；

3、支持整点报时和闹铃；

2.3基本原理

时钟是利用单片机内部的定时器/计数器来实现的，它的处理过程如下：

首先设定单片机内部的一个定时器/计数器工作与定时方式，对机器周期计数形成基准时间，然后用软件程序来技术秒计60次形成分，分计60次形成小时，小时计24次则计满一天。

然后通过数码管把它们的内容在相应的位置显示出来。

数码管可以采用静态显示方法或动态显示方法。

静态显示方法需要数据锁存器等硬件，接口复杂，时钟显示用6个数码管。

由于系统没有其他的复杂任务处理，而且显示的时钟信息随时都可能改变，一般采用动态显示方式。

动态显示方法路线相对简单，但需要动态扫描，扫描频率要大于人眼视觉暂留频率，信息看起来才稳定，一般为1—5ms。

在具体处理时比如闹钟的设定，时、分的调整，则采用中断方式工作，在中断程序中实现，在主程序中，只需对中断进行初始化。

2.4总体方案论证

本系统以AT89C51单片机为控制核心，通过软件程序与外部时钟获取实时时间，并将得到的数据通过8段数码管显示出来，同时通过相应的按键调整相应的值。

因此本设计可分为一下模块：

显示模块、时钟电路、复位电路、报警模块、设置模块（时间设置模块、星期设置模块、闹钟设置模块）。

下面对各个模块逐一进行论证分析：

2.4.1数码管显示模块

方案

（1）:

数码管是利用发光二极管的特性组合而成数字显示器件，通过控制相应的二极管的状态显示相应的数字。

要使数码管正常显示就得有驱动电路驱动相应的段码，数码管的现实方式可分为静态显示和动态显示，静态显示方式只适合显示单个的数字，因此本设计应采用动态显示方式。

由于动态显示方式利用的是人眼视觉暂留的特性，扫描的时间应不大于20毫秒，在显示数字较少的设计中比较实用，由于本次设计的时钟显示六位，还是比较实用的，所以本设计采用该方案。

方案

（2）：

1602液晶也叫1602字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块它有若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。

每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用。

1602的驱动电路带有11条指令，可以很方便的控制液晶的现实效果如：

清屏、左移右移、光标显示。

而且1602显示的字符在下一条指令为到来之前不会改变，也就是能够维持显示的字符，1602液晶占用的系统资源也少。

综合比较上述两种方案，再根据实际情况采用数码管成本设计的显示模块。

2.4.2实时时间计算模块

方案

（1）：

AT89S52单片机内部带有定时/计数功能，此定时功能是通过对外部晶振的脉冲进行计数，从而达到计时功能，只要使用12MHZ的晶振就能实现零误差的计时，因此可以利用此功能实现计时，如果单片机掉电无法继续进行计时，但是它使用方便，经济。

方案

（2）：

DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。

实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。

工作电压宽达2.5～5.5V。

采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后备电源进行涓细电流充电的能力。

利用单片机强大的控制功能就可实现实时计时的功能，而且消耗的系统资源少，程序简单。

综合上述两种方案，再结合实际情况本设计采用方案

（1）实现实时计时功能。

2.4.3报警模块

此模块采用蜂鸣器实现，只要编写相应的程序即可实现发出声音。

本来是想采用音乐芯片来实现音乐闹铃，但又考虑到元器件的或缺故采用蜂鸣器。

2.4.4设置模块

因设置模块只需编写相应的程序外加相应的按键即可实现，实现方法较简单，在此不再论述。

2.5总体方案组成框图

图2-1系统框架图

3、系统硬件设计（单元电路设计及分析）

3.1AT89C51单片机最小系统：

最小系统包括晶体振荡电路、复位开关和电源部分。

图3-1为AT89C51单片机的最小系统。

图3-1最小系统电路图

在这次单片机课题中选用AT89C51单片机（如图3-2）是因为其指令简单，易学易懂，外围电路简单，I0口操作简单，无方向寄存器，程序烧写简单，性价比高，性能成熟稳定。

根据图3-2，来简单介绍8051单片机的管脚作用。

图3-2AT89C51单片机

VCC：

供电电压。

GND：

接地。

P0口：

P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：

P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：

P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：

P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

　　P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：

　　口管脚备选功能　　P3.0RXD（串行输入口）　　P3.1TXD（串行输出口）　　P3.2/INT0（外部中断0）　　P3.3/INT1（外部中断1）　　P3.4T0（记时器0外部输入）　　P3.5T1（记时器1外部输入）　　P3.6/WR（外部数据存储器写选通）　　P3.7/RD（外部数据存储器读选通）　　P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：

复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：

当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：

每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：

外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：

当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：

反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：

来自反向振荡器的输出。

XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。

该反向放大器可以配置为片内振荡器。

石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。

3.2按钮调时电路

按钮电路是采用中断端口来进行判断选择，为了节省数码管还另外加了显示星期按钮，闹钟按钮则采用带自锁按钮，可以人为的将闹钟关断。

图3-3为调节选择按钮的电路图。

为了使操作更加的准确在设定对象选择和设定按键选择了中断口。

这样就不会出现错误的动作。

由于按键的读取容易引起误动作，在软件变成中则加了30MS的去抖处理，使按键操作更加稳定，因为软件的触点在闭合和断开的时候会产生抖动，这时触点的逻辑电平是不稳定的，若不采取妥善处理的话，将会引起按键命令错误或重复执行。

下面简单的介绍下8051单片机的中断。

8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

在8051单片机中没有专门的开/关中断指令，对各个中断源的允许和屏蔽是由内部的中断允许寄存器IE的各位来控制的，所以如果要开某个中断源，则必须是IE中的总控制位和对应的中断允许位置“1”。

相应中断的条件为：

中断源有请求且中断允许。

在这段程序中总共涉及到了3个中断，T0中断用在了定时中，而两个外中断则用在了选择设